Gigant gazowo-lodowy Uran od dawna jest źródłem tajemnicy dla astronomów. Oprócz prezentacji pewnych anomalii termicznych i pola magnetycznego, które jest poza środkiem, planeta jest również wyjątkowa, ponieważ jako jedyna w Układzie Słonecznym obraca się na boku. Dzięki osiowemu przechyleniu 98 ° planeta doświadcza radykalnych pór roku i cyklu dzień-noc na biegunach, z których każdy dzień i noc trwają 42 lata.
Dzięki nowym badaniom prowadzonym przez naukowców z Durham University, przyczyna tych tajemnic mogła w końcu zostać odkryta. Z pomocą badaczy NASA i wielu organizacji naukowych zespół przeprowadził symulacje wskazujące, w jaki sposób Uran mógł mieć ogromny wpływ w przeszłości. To nie tylko wyjaśnia ekstremalne nachylenie i pole magnetyczne planety, ale także wyjaśnia, dlaczego zewnętrzna atmosfera planety jest tak zimna.
Badanie „Konsekwencje gigantycznego wpływu na wczesny uran na rotację, strukturę wewnętrzną, zanieczyszczenia i erozję atmosferyczną” niedawno pojawiło się w The Astrophysical Journal. Badanie było prowadzone przez Jacoba Kegerreisa, doktora naukowców z Instytutu Kosmologii Obliczeniowej Uniwersytetu Durham, i obejmowało członków z Bay Area Environmental Research (BAER) Institute, NASA Ames Research Center, Los Alamos National Laboratory, Descartes Labs, University of Waszyngton i UC Santa Cruz.
Ze względu na badania, które zostały sfinansowane przez Science and Technology Facilities Council, Royal Society, NASA i Los Alamos National Laboratory, zespół przeprowadził pierwsze symulacje komputerowe w wysokiej rozdzielczości, w jaki sposób masowe zderzenia z Uranem wpłynęłyby na planetę ewolucja. Jak wyjaśnił Kegerries w niedawnym komunikacie prasowym Uniwersytetu Durham:
„Uran obraca się na boku, a jego oś jest skierowana prawie pod kątem prostym do osi wszystkich innych planet Układu Słonecznego. Było to prawie na pewno spowodowane gigantycznym uderzeniem, ale wiemy bardzo niewiele o tym, jak to się naprawdę wydarzyło i jak inaczej tak gwałtowne wydarzenie wpłynęło na planetę. ”
Aby ustalić, jak gigantyczne uderzenie wpłynie na Urana, zespół przeprowadził zestaw symulacji wygładzonych cząstek hydrodynamicznych (SPH), które były również używane w przeszłości do modelowania gigantycznego uderzenia, które doprowadziło do powstania Księżyca (inaczej Giant Impact Teoria). Podsumowując, zespół przeprowadził ponad 50 różnych scenariuszy uderzenia za pomocą komputera o dużej mocy, aby sprawdzić, czy odtworzy warunki, które ukształtowały Urana.
Ostatecznie symulacje potwierdziły, że przechylona pozycja Urana była spowodowana zderzeniem z masywnym przedmiotem (między dwiema a trzema masami Ziemi), które miało miejsce około 4 miliardów lat temu - tj. Podczas formowania się Układu Słonecznego. Było to zgodne z wcześniejszymi badaniami, które wykazały, że uderzenie młodą protoplanetą zbudowaną ze skały i lodu mogło być odpowiedzialne za osiowe przechylenie Urana.
„Nasze ustalenia potwierdzają, że najbardziej prawdopodobnym rezultatem było zaangażowanie młodego Urana w kataklizmiczną kolizję z obiektem dwukrotnie większym od Ziemi, jeśli nie większym, przewracając ją na bok i ustanawiając wydarzenia, które pomogły stworzyć planetę widzimy dzisiaj - powiedział Kegerries.
Ponadto symulacje odpowiedziały na podstawowe pytania dotyczące Urana, które zostały podniesione w odpowiedzi na poprzednie badania. Zasadniczo naukowcy zastanawiali się, w jaki sposób Uran może zachować atmosferę po gwałtownym zderzeniu, które teoretycznie zdmuchnęłoby jego wyparte warstwy wodoru i helu. Według symulacji zespołu było to najprawdopodobniej spowodowane tym, że uderzenie uderzyło w Urana.
To wystarczyłoby, aby zmienić nachylenie Urana, ale nie było wystarczająco silne, aby usunąć jego zewnętrzną atmosferę. Ponadto ich symulacje wykazały, że uderzenie mogło zrzucić skałę i lód na orbitę wokół planety. Mogłoby to następnie zjednoczyć się, tworząc wewnętrzne satelity planety i zmienić obrót wszelkich wcześniej istniejących księżyców znajdujących się już na orbicie wokół Urana.
Ostatnie, ale nie mniej ważne, symulacje umożliwiły wyjaśnienie, w jaki sposób Uran uzyskał swoje niecentryczne pole magnetyczne i anomalie termiczne. Krótko mówiąc, uderzenie mogło stworzyć stopiony lód i koślawe grudki skały wewnątrz planety (co stanowiło jego pole magnetyczne). Mogłoby to również stworzyć cienką skorupę gruzu w pobliżu krawędzi lodowej warstwy planety, która uwięziłaby wewnętrzne ciepło, co mogłoby wyjaśnić, dlaczego zewnętrzna atmosfera Urana ma ekstremalnie niskie temperatury -216 ° C (-357 ° F).
Oprócz pomocy astronomom w zrozumieniu Urana, jednej z najmniej zrozumiałych planet w Układzie Słonecznym, badanie ma również implikacje, jeśli chodzi o badanie egzoplanet. Jak dotąd większość planet odkrytych w innych układach gwiezdnych była porównywalna pod względem wielkości i masy do Urana. W związku z tym naukowcy mają nadzieję, że ich odkrycia rzucą światło na skład chemiczny tej planety i wyjaśnią, w jaki sposób ewoluowały.
Jak powiedział dr Luis Teodoro - z BAER Institute i NASA Ames Research Center - i jeden ze współautorów artykułu: „Wszystkie dowody wskazują na to, że gigantyczne uderzenia są częste podczas formowania się planet, a przy tego rodzaju badaniach zyskują teraz lepszy wgląd w ich wpływ na egzoplanety potencjalnie nadające się do zamieszkania. ”
W nadchodzących latach planowane są dodatkowe misje badające zewnętrzny Układ Słoneczny i gigantyczne planety. Badania te nie tylko pomogą astronomom zrozumieć, jak ewoluował nasz Układ Słoneczny, ale mogą także powiedzieć nam, jaką rolę odgrywają gazowi olbrzymy, jeśli chodzi o zamieszkiwanie.
